Struttura degli amminoacidi e pKa

Gli amminoacidi contengono sia il gruppo carbossilico –COOH che il gruppo amminico –NH2 e sono pertanto anfoteri potendosi comportare sia da acidi che da basi.

Si consideri l’equilibrio di dissociazione di un acido debole HA:
HA ⇄ H+ + A

regolato dalla costante di equilibrio Ka.  Si ricordi che quanto maggiore è Ka tanto più forte è l’acido ovvero quanto più è piccolo il valore di pKa ( – log Ka) tanto più forte è l’acido. L’espressione della costante di equilibrio è:
Ka = [H+][A]/[HA]

Da tale espressione è possibile ottenere l’equazione di Henderson-Hasselbalch:
pKa = pH + log [HA]/[A]

ovvero:

pH = pKa + log[A]/[HA]

Da tale equazione si ha che se [A] = [HA] ovvero la concentrazione dell’acido e della sua base coniugata sono uguali allora log [A] / [HA] = log 1 = 0 e quindi pKa = pH.

Se il pH viene abbassato rendendo la soluzione più acida allora pH < pKa  e si ha che il valore del  log [HA]/[A] deve essere maggiore di zero quindi [HA] > [A]: ciò implica che a in ambiente più acido prevale la forma protonata HA rispetto ad A.

Se il pH viene innalzato rendendo la soluzione più basica allora pH > pKa  e si ha che il valore del log [HA]/[A] deve essere minore di zero quindi [HA] < [A]: ciò implica che in ambiente più basico prevale la forma deprotonata A rispetto ad HA.

Gli acidi carbossilici RCOOH hanno un pKa di circa 5 mentre un sale di ammonio RNH3+ ha un pKa di circa 9 quindi il gruppo RCOOH è tra i due l’acido più forte in quanto il valore di pKa è più basso. L’amminoacido quindi si troverà in forma zwitterionica in cui la carica netta è zero dove l’acido ha protonato l’ammina in una soluzione a pH fisiologico.

Zwitterione

Per comprendere come la struttura dell’amminoacido sia influenzata dal pH e come la carica netta varia in funzione della sua variazione consideriamo ad esempio l’istidina. Questa è un α- amminoacido con un gruppo funzionale imidazolico che presenta tre gruppi acidi che hanno rispettivamente valori di pKa di 1.82 ( relativo al gruppo carbossilico),  6.04 ( relativo al gruppo imidazolico) e 9.17 (relativo al gruppo amminico). A seconda del pH l’istidina può presentarsi in quattro forme: a valori di pH minori di 1.82 si presenta in forma protonata con carica netta +2.

A pH maggiori e più precisamente per valori di pH compresi tra 1.82 e 6.04 il protone più acido ovvero quello appartenente al gruppo –COOH viene allontanato e quindi la carica netta è +1.

A valori di pH compresi tra 6.04 e 9.17 si deprotona l’azoto dell’anello imidazolico e quindi la carica netta è 0 mentre a valori di pH maggiori di 9.17 e quindi la carica netta è -1.

istidina

In generale a pH = 7 gli amminoacidi hanno carica positiva e quindi si comportano in maniera analoga ai cationi. A pH maggiori essi hanno carica negativa e si comportano da anioni mentre ad un particolare valore di pH diverso da amminoacido a amminoacido detto pH del punto isoelettrico essi hanno carica netta uguale a zero e non si comportano né da cationi né da anioni.

Una miscela di amminoacidi può essere pertanto separata per via elettroforetica; questa tecnica si basa sula movimento di ioni sotto l’influenza di un campo elettrico: una miscela di amminoacidi ad un determinato valore di pH, infatti, contiene amminoacidi con carica netta positiva che migrano al polo negativo e amminoacidi con carica netta negativa che migrano al polo positivo.

 

Avatar

Author: Chimicamo

Share This Post On